[發明專利]基于規整音程矩陣及人體特性的超音域數碼簡譜鍵盤琴

有效

• 申請號: 201811260421.2
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109285530B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 韋崗;王一歌;曹燕;趙明劍;聶文斐
• 申請（專利權）人: 廣州豐譜信息技術有限公司
• 主分類號: G10H1/34
• 分類號: G10H1/34
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌

本發明提供一種基于規整音程矩陣及人體特性的超音域數碼簡譜鍵盤琴，其音域超過人耳可聽域，鍵盤中的琴鍵基于人體特性按規整音程關系進行矩陣排列，以實現緊湊的空間分布。琴鍵可根據人體特性設計為均勻尺寸或非均勻尺寸，每個琴鍵采用固定的簡譜唱名進行標識。對不同音高的琴音以不同幅度進行調整，使在同等按鍵力度下，高音、中音及低音的響度感覺一致。采用超聲信號作為載波，設計多孔振膜電動式超聲波揚聲器，通過在振膜上開孔，兼顧了振膜的強度和重量，同時振膜選用平面振膜或凹面振膜，實現了更好的定向傳聲效果。本發明與傳統裝置相比，能夠使演奏更具表現力，更易把控，琴鍵更容易辨識和定位，演奏者的體驗更佳。

技術領域

本發明涉及電子樂器實現和電子設備領域，具體涉及一種基于規整音程矩陣及人體特性的超音域數碼簡譜鍵盤琴。

背景技術

鋼琴被譽為“樂器之王”，由88個琴鍵(52個白鍵，36個黑鍵)和金屬弦音板組成，演奏者通過按下鍵盤上的琴鍵，牽動鋼琴里面包著絨氈的小木槌，繼而敲擊鋼絲弦發出聲音。鋼琴的音域很廣，最低音的震動頻率是27.5Hz，最高音的震動頻率是4.186kHz。盡管如此，與人耳的可聽域頻率范圍(20Hz～20kHz)相比，鋼琴仍有較大的頻率范圍尚未覆蓋。究其原因，主要是由于傳統鋼琴的機械結構以及人體的聽覺特性所致。人耳對不同音高的響度感知不同，高頻和低頻聲音需要更大的強度方能被感知。比如：200Hz到1kHz的純音在0dB聲壓級下就可被察覺，而20Hz的純音在70dB聲壓級下才可被察覺，15kHz的純音在20dB聲壓級下才可被察覺。因此，同等的按鍵力度下，人耳對不同琴鍵所感知的聲音響度也是不同的。傳統鋼琴由于采用機械裝置發聲，在高頻區和低頻區，不能有效產生較大的響度，這在一定程度上限制了鋼琴音色的表現力，包括韻味、情感、個性等。

此外，在人耳的可聽域以外，頻率小于20Hz的聲波稱為次聲波，頻率大于20kHz的聲波稱為超聲波。次聲波和超聲波人耳雖然不能直接聽到基音，但可以聽到次聲波的諧波分量以及疊加在超聲波上的低頻音頻信號，同時也可以通過皮膚等其他感覺器官近距離感知次聲波和超聲波。如果樂器的音域除了覆蓋人耳的可聽域，還能覆蓋部分次聲波和超聲波的頻率范圍，必定能大大增強樂器演奏者的體驗及表現力。然而，傳統鋼琴由于自身機械結構制約，很難發出次聲波和超聲波。針對這一難題，本發明基于數碼琴展開研究。隨著電子技術的迅猛發展，數碼琴逐漸進入千家萬戶。數碼琴是一種電子裝置，其利用現代數碼技術，不但實現了對傳統鋼琴的逼真模仿，還可以靈活調節各個頻率聲音的響度。基于數碼琴，本發明可以實現超過人耳可聽域的音域范圍，我們稱之為“超音域”。

在琴鍵排列方面，傳統鋼琴的88個琴鍵分為兩排，52個白鍵從左到右并列排列，在白鍵的上半部分并列排列了36個黑鍵。鋼琴鍵盤是根據十二平均律來設計的。88個琴鍵分成低音區、中音區和高音區，每個區再分組。如中音區又被分成三組：小字組、小字一組和小字二組，每組為一個八度。十二平均律中，一個八度的音程(二倍頻程)按頻率等比例地分為十二等份，每一份是一個半音，兩個半音等于一個全音。因此，鋼琴鍵盤的一個八度中有12個鍵，其中7個白鍵，5個黑鍵。白鍵寬約23mm，黑鍵寬9-10.5mm，因此，一個八度的琴鍵之間的最大距離超過160mm。在演奏含八度組合的樂曲時，手小的演奏者由于手指的跨度小，必然演奏更加費力。由于數碼琴最初是模仿鋼琴而推出的，因此，現有數碼琴的琴鍵分布也基本上是按照傳統鋼琴來設計的。如果能結合人體特性，對琴鍵進行重新布局，使其更便于操作，必定能吸引更多的音樂愛好者投身鋼琴演奏中。尤其是手指跨度較小的兒童，在初學鋼琴時，如果琴鍵便于彈奏，必然能增加他們的學習信心和熱情。